4 �dania zmęczeniowe metali
1

118

Badania zmęczeniowe tworzyw sztucznych prowadzi się najczęściej w warunkach , • stałej amplitudy naprężeń (<x_a=const) lub stałej amplitudy odkształceń (£,=const). Stosowane są zazwyczaj cykle wahadłowe (symetryczne), rzadziej tętniące i niesyme-tryczne ze względu na wynikające z procesów reologicznych zmiany charakterystyki cyklu (zmiany. tr_m lub w funkcji liczby cykli N ). .

W trakcie prób zmęczeniowych tworzyw sztucznych, zarówno w warunkach założonej j stałej amplitudy naprężenia, jak i odkształcenia, ulegają zmianie wartości modułów sprę-'. żystoścl Zmiana ta występuje nawet przy niewielkich wartościach naprężenia i odkształ-cenią. Jednym z powodów tego zjawiska jest nagrzewanie się próbek w czasie badania. j Wartości modułów sprężystości tworzyw sztucznych zwykle silnie zajeżą od temperatury. -Przyczynami nagrzewania się próbek (często znacznego), nawet przy pitych częstościami " ; obciążeń, są: duże pole pętli histerezy w procesie odkształcania oraz małe pnewodnictwo j -cieplne. Wzrost temperatury ppwodujący nasilepie procesów pełzania i relaksacji może \ *    prowadzić również do zmian strukturalnych w badanym twor^wię.';'    * .*'    •; •;

Wszystkie, wynikające ze specyfiki tworzyw sztucznych czynniki decydują o tym, V że w większości przypadków przebieg krzywej zmęczeniowej Wóhlera dla tych matę- - • riałów jest inny niż dla metali. Procesy reologięznę zachodzące w polimerach podda-- • nych długotrwałemu obciążeniu powodują, że przswążnio nie obserwuje się asymptotycznego (do prostej równójegłej do osi N) przebiegu krzywej Wahlera w układzie' a-N. Nie można zatem mówić o nieograniczoną) wytrzymałości zmęczeniowej Ńvo-ź .. rzyw sztucznych jak w przypadku metali, lecz tylko o ograniczonej wytrzymałości , zmęczeniowej występującej przy określonej'liczbie cykli obciążenia, którą przyjmuje-’, się zwykle w granicach 10' -10* cykli. .    •*..    L^: ’.'    j ’•

Metody badań zmęczeniowych tworzyw sztucznych nie są w Polsce objęte normami, a w skali światowej znormalizowane są tylko w niewielkim stopniu, przy czym wiele z istniejących norm zagranicznych ogranicza się do podania jedynie ogólnych wytycznych dotyczących metod badań! *    .

Korzystając z gotowych wyników lub prowadząc badania zmęczeniowe tworzyw sztucznych należy pamiętać o kilku podstawowych zasadach i ograniczeniach wyni-kających z ich specyficznych właściwości, a mianowicie:    • "    .

•. określenie zachowania się tworzyw sztucznych podczas zmęczenia przez podanie wytrzymałości lub trwałości zmęczeniowej nie ma Większego sensu, gdy temperatura próbki nie jest wielkością.kontrotowaną;    .

■ stosowanie, na wzór badań, metali, skróconych metod pomiaru wytrzymałości zmęczeniowej może prowadzić do dużych błędów, szczególnie w przypadku tworzyw,' których temperatury przemian pierwszo- i drugorzędowych są stosunkowo bliskie temperaturze eksperymentu;    ■

•    • przy stosowaniu niesymetrycznych cykli obciążenia (a_m^0 lub ą.^0) napręże

nie lub odkształcenie średnie może mieć dominujący wpływ na przebieg zmęczenia materiału, powodując wraz ze wzrostem liczby cykli // zmiany charakterystyki cyklu w wyniku procesów pełzania lub relaksacji naprężenia;    *

•    duży wpływ na wyniki badań zmęczeniowych może mieć „historia” próbki opisana zmianami takich parametrów jak czas, temperatura i środowisko, przy których była ona przechowywana pd chwili wytworzenia do momentu badania;

•    wyniki badań zmęczeniowych można wykorzystywać jako stałe materiałowe przy projektowaniu tylko wtedy, gdy wszystkie parametry konstrukcji - wliczając w to wartości i stan naprężeniaj wielkość, kształt i temperaturę elementu, częstość obciążeń i warunki środowiską - są porównywalne z parametrami próby.

Bardzo istotny w badaniach wytrzymałości zmęczeniowej tworzyw sztucznych jest prawidłowy wybór kryterium zniszczenia próbki W przypadku metali sprawa jest najczęściej prosta. Zniszczenie próbek polega na trwałym ich rozdzieleniu na dwie części. Takie zniszczenie jest wypijciem zainicjowania i rozwoju pęknięcia zmęczeniowego. Odpowiednie urządzenie rejestruje automatycznie liczbę cykli, po których nastąpiło rozdzielenie próbki. Specyfiką tworzyw sztucznych uniemożliwia stosowanie jednego uniwersalnego kryterium zniszczenia próbki. Ograniczywszy się do badań wytrzymałości zmęczeniowej tworzyw sztucznych podczas zginania, można wymienić przykładowo następujące oznaki zniszczenia próbek:

•    klasyczne rozdzielcze pęknięcie zmęczeniowe,

•    lokalne zmiękniecie (wytworzenie się tzw. przegubu plastycznego) powstałe wskutek np. rozgrzewania się materiału poddanego zmiennym obciążeniom,

•    ogólne zmniejszenie się sztywności próbki do pewnej przyjętej wielkości kry

tycznej (w wyniku wzrostu temperatury próbki lub pojawienia się siatki pęknięć o odpowiedniej gęstości),    <    .

•    rozwarstwienie tworzywą P budowie warstwowej (dotyczy głównie laminato-' wych kompozytów polimerowych) łtp,

W wielu przypadkach kontynuowanie próby zmęczeniowej aż do rozdzielenia próbki jest błędem, gdyż znacznie wcześniej może wystąpić stan dyskwalifikujący ją jako element konstrukcyjny, np, pojawienie się przegubu plastycznego lub katastrofalne zmniejszenie sztywności, Dlatego badania zmęczeniowe tworzyw sztucznych wymagają stosowania maszyn wyposażonych w układy ciągłego pomiaru i rejestracji wielu wielkości charakterystycznych, ton. temperatury próbki i jej otoczenia, siły zginającej lub strzałki ugięcia itp.

5.3. Badanie wytrzymałości zmęczeniowej tworzyw sztucznych podczas zginania

Do tej grupy badań zalicza się próby podczas obrotowego zginania próbek o przekroju kołowym oraz zginanie płaskie próbek o przekroju prostokątnym. “Metody badań zmęczeniowych oparte na próbach zginania są najbardzej rozpowszechnione. Wynika ta z łatwości uzyskiwania symetrycznych cykli obciążenia